上海自動化儀表三廠Ali Niazi和Sarah Kimpton博士研究了熱滯后對財政/貿易交接計量系統溫度測量的影響。

    大型貿易交接/財政計量系統定期接受審計，以確保符合最佳行業慣例以及國際標準。這些審核的一個經常性發現涉及上游和下游長度缺乏熱滯后。

    這些審計的典型結果是：

    孔口配件，儀表管上游和下游直線長度和溫度配件不是隔熱的，并且在暴露位置對元件開放。

    在暴露的場地位置，根據一年中的時間，流動的氣體溫度和環境溫度之間可能存在很大差異。

    儀表運行的暴露位置和計量系統上沒有滯后意味著用于計算氣體密度的溫度不太可能反映真實的流動氣體溫度。

    計量標準建議將溫度傳感器放置在熱電偶套管中，然后將其插入流動氣體的氣流中。審核員聲稱沒有滯后，在熱套管中測量的溫度可能與氣體溫度不同。0.5℃的溫差將對體積測量產生0.3％的影響。

    對于財政/貿易交接計量系統，無論儀表的類型如何，始終在主設備的下游測量溫度，除非可以證明替代技術可以提供類似的性能。

    大多數天然氣計量系統建于20世紀70年代和80年代，沒有隔熱保護，以保護溫度測量不受環境變化的影響。在該領域進行的歷史工作表明，環境溫度對流動氣體溫度的影響很小，可以忽略不計。歷史上人們認為，如果儀表大于8英寸（200毫米），則不需要滯后。

    上海自動化儀表三廠作為一個獨立的組織，通過調查該領域的歷史工作并開發計算流體動力學數學模型來模擬這些系統的流量測量，以研究滯后對溫度測量的影響。

    20世紀70年代早期Pallan的理論計算表明，即使對于經受嚴苛條件的未拉伸管道，管壁溫度和氣體溫度的差異也可能很小。預計最大的溫度誤差源來自熱傳導。Pallan的實驗測量表明，當環境溫度在氣體溫度以上39攝氏度至28攝氏度之間變化時，未標記的熱電偶套管將氣體溫度確定在+/- 1.7°C范圍內。測試還表明，當氣體溫度低于環境溫度33℃至高于環境溫度11℃時，溫度讀數在+/- 0.5℃之內。

    對管道表面溫度的理論計算表明，對于高氣壓和高速氣體，氣體溫度和管道表面溫度之間的差異小于0.6℃。然而，風速產生了重大影響。在兩個壓縮機站的實驗測量表明，在熱電偶套管中測量的氣體溫度與管道表面溫度之間的差異僅為0.2℃。這些測量是在封閉的環境中進行的，因此風速的影響不是問題。

    實驗測量證實，在滯后熱電偶套管中測量的氣體溫度與用滯后表面溫度傳感器測量的氣體溫度之間的一致性在+/- 0.1℃之內。英格拉姆還研究了去除表面溫度傳感器絕緣的效果 - 熱電偶套管與表面傳感器之間的溫差為0.17℃，當去除包膠時，溫差增加到1.2℃。

    上海自動化儀表三廠提出的其他觀點是：

    如果不防水，則滯后的效果會大大降低。

    表面安裝溫度測量優于非常短的熱電偶套管，其中傳感元件位于熱套管頸部法蘭中。

    測量結果將表面安裝溫度測量值與不同深度的熱電偶套管中的溫度測量值進行了比較。兩組測量值之間的最大差異為0.15攝氏度 - 最大的差異是位于熱電偶套管內的傳感器。

    計算流體動力學（CFD）研究著眼于在37℃和15℃下輸送天然氣的8英寸和24英寸管道中的熱電偶套管中的溫度測量?？紤]了五種不同的環境條件 - 0℃，-5℃，-10℃，30℃和35℃。在冬季條件下，模擬顯示熱電偶套管頂部和法蘭區域周圍的溫度受環境溫度的影響。影響程度隨著環境溫度的降低而增加。24英寸計量系統的典型冬季條件如圖2所示。對于夏季條件，模擬顯示法蘭區域和熱套管頂部周圍的溫度顯著增加。對于較高的環境溫度情況，這種增加更大。進一步模擬在熱電偶套管和管道表面周圍進行絕緣。很明顯，熱電偶套管和法蘭受到絕緣的充分保護，在熱電偶套管和法蘭的頂部周圍只能看到很小的溫度變化。絕緣部分末端的邊緣效應沒有滲透到絕緣部分。

    還進行了絕緣8英寸管道中低速氣流的模擬。結果與其他隔熱病例類似。沒有看到熱電偶套管中的溫度顯著下降。然而，對于低速情況，可以看到絕緣部分末端的壁溫下降，但是它不會以任何顯著的方式影響熱套管溫度。對管道的短段進行絕緣將足以獲得對氣體溫度的精確測量。

    在所有情況下，熱電偶套管的底部都處于氣體溫度，并且不受環境條件變化的影響。因此，在熱電偶套管底部進行的溫度測量表示管道內氣體的溫度。

    CFD建模在英國進行，基于以下條件：

    管道尺寸介于8英寸和24英寸之間。

    5至35攝氏度的五個環境溫度。

    氣體溫度為15和37.7℃。

    氣速低至1.1米/秒。

    應該注意的是，在這些條件之外，僅建議熱套管周圍的熱滯后。此外，在CFD建模中僅使用一種熱電偶套管設計，并且其他熱電偶套管設計可具有不同的熱特性。

    實驗測量和CFD建模顯示出顯著的相似性。

    CFD模型均表明，熱電偶套管底部的溫度與有絕緣和無絕緣的氣體溫度相同。Pallan的實驗測量證實，未拉伸的熱電偶套管中的溫度對最極端的環境條件相對不敏感。

    CFD模型顯示熱套管刺入內的溫度受環境條件的影響，但管道直徑內的氣流溫度不受影響。上自儀三廠的實驗測量證實了這一點。

    CFD模型顯示熱套管刺入內的氣體速度非常低。為了支持這一點，在熱套管刺傷中的溫度測量表明，溫度變化的響應時間非常長。

    CFD模型顯示管壁的溫度始終與氣體溫度非常相似。然而，在絕緣的情況下，管壁的溫度與氣體溫度之間的差異是不可檢測的。英格拉姆證實，絕緣表面溫度測量值在熱套管溫度的0.1攝氏度范圍內。

    CFD模型顯示熱電偶套管或表面安裝傳感器周圍的局部絕緣足夠。無需對整個儀表運行進行隔熱。實驗還證實，局部絕緣足以精確測量氣體溫度。

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